Краткое содержание

Существует ограничение на количество транзакций, которые блокчейн может обрабатывать в секунду. Например, сеть Биткойн может обрабатывать примерно семь транзакций в секунду. После того, как технология блокчейна получит широкое распространение, возможности и скорость обработки данных будут значительно улучшены, а увеличение числа пользователей не будет замедлять работу сети или увеличивать затраты. Однако основные принципы проектирования многих децентрализованных сетей направлены на улучшение масштабируемости, часто за счет децентрализации или безопасности. Это так называемая «трилемма блокчейна». Разработчики экспериментируют с различными механизмами консенсуса, а также решениями масштабируемости, такими как сегментирование, сайдчейны и каналы состояний, в надежде решить эту проблему.

Введение

Короче говоря, блокчейн — это распределенная цифровая база данных. Блоки данных организованы в хронологическом порядке. Блоки связаны посредством криптографических доказательств и защищены. Эта технология, внедренная во все отрасли, уже меняет то, как мы работаем и живем.

Идея состоит в том, что с появлением безопасных децентрализованных блокчейнов люди смогут поддерживать работу мира, не полагаясь на сторонние сети или рынки. Однако эксперты в целом полагают, что для массовой популяризации этой технологии сначала необходимо решить основную проблему, а именно широко обсуждаемую проблему «тройного парадокса блокчейна».

Этот термин популяризировал сооснователь Ethereum Виталик Бутерин. Чтобы понять эту концепцию, вам необходимо сначала знать три основных элемента блокчейна: децентрализация, безопасность и масштабируемость. Концепция «Трилеммы блокчейна» относится к сложности блокчейна в достижении оптимального уровня этих трех атрибутов одновременно. Увеличение одного атрибута часто приводит к уменьшению другого атрибута.

В этой статье будут изучены три основных элемента трилеммы и подробно объяснены их один за другим. Углубленное обсуждение каждого элемента и того, как он сочетается друг с другом, поможет углубить наше понимание того, как и почему существует трилемма блокчейна. В этой статье также будут освещены несколько решений, предложенных разработчиками.

Что такое децентрализация?

Биткойн, как и другие подобные сети блокчейнов, изначально децентрализован. Общая архитектура сети этого типа не управляется отдельным лицом или одной организацией, а является децентрализованной. Сетевой уровень открыт для всех участников. В результате контроль полностью децентрализован, а не находится в руках одного субъекта. У всех есть доступ к одним и тем же данным. Если кто-то попытается обмануть систему, подделав записи по собственному желанию, другие участники могут отклонить ошибочные данные.

Эта операция носит чисто технический характер. В качестве примера возьмем сеть Биткойн, которая не предполагает стороннего контроля. Мы сравниваем это с зависимостью от банков в финансовой системе. Банки повышают доверие между сторонами транзакций и обеспечивают надлежащее ведение всех записей. Однако блокчейн Биткойна делится данными со всеми в сети, чтобы гарантировать, что данные проверяются перед добавлением в цифровую базу данных. В результате получается система, не требующая вмешательства третьих лиц.

Децентрализация обеспечивает возможность так называемого Web3. Наш нынешний Интернет находится на стадии Web2. Веб-сайты и приложения в Web2 контролируются крупными компаниями, но контент создают пользователи. Web3 – это следующая тенденция развития. В Интернете Web3 люди контролируют свои данные и онлайн-жизнь с помощью децентрализованной технологии блокчейна.​

Однако следует отметить одну вещь: способ работы этих распределенных систем требует, чтобы большое количество участников согласовали достоверность всех данных, что требует совместного использования и обработки информации, что приводит к замедлению времени транзакций. Следовательно, блокчейну необходимо масштабироваться, то есть иметь возможность обрабатывать больше данных с большей скоростью. Мы продолжим это, когда будем обсуждать масштабируемость.

Кроме того, для достижения децентрализации сначала необходимо обеспечить безопасность базового блокчейна. Если блокчейну не хватает безопасности, у преступников будет возможность подделать данные. Это приводит ко второй части трилеммы: безопасности.

Что такое безопасность блокчейна?

Независимо от того, насколько децентрализован блокчейн, он не поможет, если ему не хватает безопасности. Надежная сеть блокчейнов должна быть устойчивой к атакам злоумышленников. Централизованные системы закрыты, что обеспечивает безопасность. Контроллер может гарантировать, что данные не будут нарушены. Но как добиться безопасности в децентрализованной системе, в которой может участвовать каждый?

Это сложная тема. Давайте вернемся к Биткойну и его децентрализованной безопасности блокчейна в качестве примера. Блокчейн Биткойна использует комбинацию криптографии и механизма сетевого консенсуса, называемого «Доказательство работы» (PoW). С криптографической точки зрения каждый блок имеет цифровую подпись или «хеш». Любая модификация изменяет хэш блока, поэтому каждый блок данных связан таким образом, что его невозможно подделать. Любая попытка изменить данные быстро распознается остальной частью сети.

В этом также играет роль механизм консенсуса доказательства работы, эффективно обеспечивая безопасность реестра криптовалют. Понимание Proof-of-Work само по себе имеет большое значение, но для целей этой статьи просто помните, что члены сети могут только проверять новые транзакции и добавлять их в реестр посредством «майнинга». Это предполагает использование вычислительной мощности для решения сложных математических задач. Процесс вычислений требует, чтобы эти компьютеры выполняли большое количество функций хеширования. Хотя механизм доказательства работы безопасен, он относительно медленный, что вызывает проблемы с масштабируемостью.

Также обратите внимание, что чем больше участников (узлов) в сети, тем более безопасна сеть. Чем больше число участников, тем сложнее злоумышленникам получить контроль над системой. Речь идет о так называемой «атаке 51%». Общий смысл этой концепции заключается в том, что если одна организация (или группа преступников) контролирует более 50% скорости хеширования всей сети блокчейна, они могут произвольно отменить консенсус и подделать данные в цепочке, например как токены двойного расходования.​

Короче говоря, безопасность имеет основополагающее значение для успеха блокчейна. Без безопасности и злоумышленников, которые могут взять под свой контроль контроль, блокчейн бесполезен.

Что такое масштабируемость?

Масштабируемость относится к цели создания блокчейна для увеличения скорости транзакций в секунду. Если технология блокчейна должна служить более широкому обществу или миллиардам пользователей, ее расширение необходимо. Однако многие блокчейны все еще борются с этим.​

Причина в том, что децентрализация и безопасность являются фундаментальными вопросами блокчейна и поэтому всегда получают приоритетное внимание. Децентрализация является основой философии и целей блокчейна. Большинство известных блокчейнов придерживаются этого ядра. Как упоминалось выше, безопасность является основным требованием для успеха и ценности блокчейна.

Однако приоритет децентрализации и безопасности усложняет масштабируемость. Количество транзакций, которые может обрабатывать одна цепочка, строго ограничено. Централизованные платежные системы, такие как Visa, утверждают, что способны обрабатывать 24 000 транзакций в секунду, поскольку сеть закрыта и на нее не влияют публичные узлы и консенсус. Давайте сравним различные известные блокчейны.

По данным Bloomberg в 2022 году: «По состоянию на сентябрь Биткойн с трудом обрабатывал более 7 транзакций в секунду, в то время как вторая по популярности сеть Ethereum была ограничена примерно 15 транзакциями в секунду. По сравнению с традиционными торговыми платформами это просто очень медленно. тот, кто сомневается в жизни».

Как упоминалось ранее, скорость транзакций в этих блокчейнах ограничена из-за того, как участники децентрализованной сети должны обрабатывать информацию, а также из-за характера самого механизма консенсуса доказательства работы. Если все больше и больше людей начнут использовать технологию блокчейна в обществе, мощность обработки транзакций сети будет ограничена, что приведет к перегрузке сети.

Почему существует тройной парадокс блокчейна?

Наиболее очевидным и принципиальным решением вышеуказанной проблемы является расширение сети и увеличение скорости за счет сокращения количества участников, подтверждающих и добавляющих данные сети. Однако это снижает децентрализацию и передает контроль в руки нескольких участников. Меньшее количество участников означает повышенную вероятность нападения, что также может привести к снижению безопасности.

Таким образом, формируется трилемма: в базовой конструкции принципа работы блокчейна два необходимых атрибута — децентрализация и безопасность — тесно связаны между собой, что затрудняет достижение масштабируемости. Все трое находятся в состоянии прилива и отлива. Как мы можем улучшить масштабируемость, не ставя под угрозу децентрализацию, безопасность или и то, и другое?

Решение трилеммы блокчейна

Для этой трилеммы не существует универсального решения. Учитывая важность решения этой проблемы, сообщество придумало множество различных решений с многообещающими результатами. Обозначим основные тенденции, чтобы дать каждому представление о последних событиях в этой области.

1. Шардинг

Именно так блокчейн или другой тип базы данных разбивается на более мелкие разделы блокчейна для управления определенными сегментами данных. Эта настройка снижает нагрузку на единую цепочку для обработки всех сетевых транзакций и взаимодействий. Каждый раздел блокчейна называется «осколком» и имеет свой собственный реестр. Затем эти шарды могут обрабатывать транзакции самостоятельно, но взаимодействием между шардами управляет маяковая цепочка или основная цепочка. Это изменение основной сети блокчейна, поэтому шардинг становится улучшением масштабируемости для сетей уровня 1.

2. Различные механизмы консенсуса

Одна из причин существования тройного парадокса в сети Биткойн заключается в том, как работает доказательство работы для обеспечения безопасности. Для обеспечения безопасности системы необходимы майнеры, криптовалютные алгоритмы и огромные децентрализованные вычислительные мощности, но они также приводят к медленной работе системы. Поиск других способов обеспечения консенсуса также является способом разрешения этой трилеммы. Это одна из причин, по которой Ethereum перешел от Proof-of-Work к Proof-of-Stake (PoS).

В блокчейне с доказательством доли участники должны ставить (заблокировать) свои токены, чтобы участвовать в проверке транзакции, но узкоспециализированные машины для майнинга не требуются. Проще и удобнее добавить в сеть больше валидаторов. Механизмы консенсуса «доказательство доли» — лишь один из многих способов решения проблемы масштабируемости.

3. Решение уровня 2

Шардинг и различные механизмы консенсуса — это так называемые решения уровня 1, целью которых является изменение фундаментальной конструкции базовой сети. Однако другие разработчики рассматривают возможность создания решений поверх существующих сетевых структур в попытке решить проблему трилеммы. Другими словами, они считают, что решение лежит в сети уровня 2 или «уровня 2». Соответствующие примеры включают сайдчейны и каналы состояний.

Сайдчейны — это, по сути, независимые блокчейны, подключенные к основной цепочке. При такой настройке активы могут свободно перемещаться между двумя цепочками. Важно отметить, что сайдчейны могут работать по разным правилам для достижения ускорения и масштабируемости. Аналогично, каналы состояний — это еще один способ разгрузить уровень 1 за счет удаления транзакций из основной цепочки. Вместо использования отдельной цепочки каналы состояния используют смарт-контракты, которые позволяют пользователям взаимодействовать друг с другом без публикации транзакций в блокчейне. Блокчейну нужно только записывать начало и конец канала.

Подведем итог

Трилемма блокчейна препятствует возможности технологии блокчейн помочь изменить мир. Если сеть блокчейнов может обрабатывать лишь небольшое количество транзакций в секунду, чтобы оставаться децентрализованной и безопасной, добиться массового внедрения будет сложно. Однако, судя по последним решениям, предложенным разработчиками для решения этой проблемы, сети блокчейн могут надеяться на скачок в возможностях обработки данных в будущем только в том случае, если они продолжат продвигать текущие технологические достижения.